מצברים נמצאים בכל מקום. הם נמצאים בטלפונים שלנו, במטוסים שלנו, במכוניות שלנו המונעות על בנזין, אפילו - במקרה של אנשים עם קוצבי לב או מכשירים רפואיים מושתלים אחרים - גופנו.
המצברים שבאמת יהיו חשובים בעתיד, עם זאת, אינם אלה שיעזרו לך לשחק Angry Birds בטלפון שלך במשך 12 שעות רצופות או להפעיל את הרכב שלך בבוקר חורפי נוקשה. הסוללות בעלות הפוטנציאל לשנות את תפישת האנרגיה בעולם יפעילו כלי רכב חשמליים ויספקו אחסון לרשת החשמל.
"אם היית יכול לנופף במטה קסמים ולפתור את בעיות האנרגיה בעולם, היית רק צריך לשנות דבר אחד: סוללות, " אומר ראלף אדס, סגן יו"ר חברת בנקאות ההשקעות ג'פריס LLC, המשקיעה בטכנולוגיות אנרגיה חדשות.
הבעיה עם אנרגיה היא לא שאין לנו מספיק מזה; טכנולוגיות חדשות כמו קידוח אופקי ושבר הידראולי, או "שבריר", פותחו לאחרונה כמויות של דלקים מאובנים שלא ניתן לתאר רק לפני עשור. הבעיה היא שההישענות שלנו על אותם דלקים מאובניים עבור מרבית האנרגיה שלנו אינה בריאה ביותר, וגורמת למיליוני מקרי מוות בטרם עת ושינוי האקלים בדרכים דרסטיות וגם בלתי צפויות.
אבל דלקים מאובנים אינם מקור אנרגיה פופולרי רק בגלל שהם כל כך בשפע. הם פופולריים מכיוון שהם יכולים לאגור הרבה אנרגיה בכמות קטנה של שטח. סוללות גם מאחסנות אנרגיה, אך בהשוואה לירה שטרלינג-פאונד הם פשוט לא יכולים להתחרות. המקום הקל ביותר להדגים את ההבדל הזה הוא במכונית:
הסוללה בטויוטה פריוס ההיברידית מחזיקה בסביבות 225 ואט אנרגיה לפאונד. זו צפיפות האנרגיה של מצבר הרכב - כמות האנרגיה שניתן לאחסן ליחידת נפח או משקל. הבנזין באותו פריוס מכיל 6, 000 וואט לכל פאונד. ההבדל בצפיפות האנרגיה בין דלקים נפטיים נוזליים ואפילו לסוללות המתקדמות ביותר יוצר תרחיש בו שברולט סובארבן בגובה 7, 200 פאונד יכול ללכת 650 מיילים על מיכל דלק וניסן עלה חשמלי, שמשקלו פחות ממחציתו, יש טווח של כ- 100 מיילים בלבד.
ולמרות שכשמונים אחוז מנסיעות הרכב האמריקניות עוברות פחות מ -40 מיילים, מחקרים צרכניים הראו כי נהגים סובלים מ"חרדת טווח ". הם רוצים מכוניות שמסוגלות לצאת לטיולי כביש ארוכים כמו גם לנסוע לעבודה ולעשות זאת שליחויות ברחבי העיר.
צפיפות האנרגיה נותרה כמאה שנות הסוללה של הסוללות. בכל פעם שמגיעה טכנולוגיה או עיצוב חדש שמגדיל את צפיפות האנרגיה, סובל היבט מכריע אחר בביצועי הסוללה - נניח, יציבות בטמפרטורה גבוהה, או מספר הפעמים בהן ניתן לנקז ולהטעין -. וכאשר אחד מההיבטים הללו משופר, צפיפות האנרגיה סובלת.
טכנולוגיית ליתיום ברזל פוספט היא דוגמה טובה. מצברים אלה, מיצרן BYD הסיני, נמצאים בשימוש נרחב גם בכלי רכב חשמליים וגם היברידיים בדרום סין. הם נטענים במהירות רבה יותר מסוללות הליתיום-יון הנפוצות בכלי רכב חשמליים אחרים, כמו העלה, אך הן פחות צפופות אנרגיה.
פן נוסף המוערך ביותר בתכנון הסוללות הוא כמה פעמים ניתן לטעון ולנקז סוללות מבלי לאבד את יכולתן לאגור אנרגיה. קטגוריה זו מצליחה להסתדר עם סוללות ניקל-מתכת הידריד, או NiMH, שהן סוס העבודה לרכבים היברידיים כולל פריוס והיברידית ה- Escape של פורד. טד ג'ילר מילר, שעובד על טכנולוגיות סוללות מתקדמות עבור חברת פורד מוטור, אומר כי פורד הוציאה את הסוללות מהכלאיים של Escape שבשימוש במשך 260, 000 מיילים של שירות מוניות בסן פרנסיסקו וגילתה שעדיין יש להם 85 אחוז מיכולת הכוח המקורית שלהם. . עמידות זו היא יתרון, אך עבור רכבים חשמליים גרידא, סוללות NiMH כבדות בהרבה עבור אותה כמות אנרגיה המאוחסנת על ידי סוללת ליתיום-יון; המשקל הנוסף מוריד את טווח הרכב. סוללות NiMH הן גם רעילות - כך שאינן דוחקות אותן לפח האשפה כאשר נגמר להם המיץ - יש למחזר אותן. ומכיוון שהניקל עשוי להיות נדיר יותר בעתיד מאשר ליתיום, הסוללות הללו עשויות להיות יקרות יותר.
לסוללות פולימר ליתיום-יון יש צפיפות אנרגיה מעט גבוהה יותר מגרסאות ליתיום-יון רגילות - רכב אאודי-טיפוס אורך אורך של 372 קילומטרים במטען בודד - אך לא ניתן לטעון ולהתרוקן פעמים רבות, כך שיש להם סיבולת פחותה.
כדאי לזכור שלמרות המגבלות הללו, סוללות המיועדות להניע מכוניות עברו דרך ארוכה בפרק זמן קצר יחסית - לפני 40 שנה בלבד, סוללה עם פחות ממחצית צפיפות האנרגיה של אלו שנמצאו בהיברידיות וכלי רכב חשמליים של ימינו הייתה. נחשב לחלום אקזוטי - והם עתידים להשתפר עוד יותר. "אנו רואים מסלול ברור להכפלת יכולת הסוללה", אומר מילר פורד. "זה בלי לשנות את הטכנולוגיה בצורה דרמטית, אלא לשפר את התהליך כך שיש לנו סוללות רכב איכותיות עם תוכן אנרגיה זהה לזה שאנו מוצאים במכשירים ניידים כיום."
סוללה כזו לרכבים חשמליים כל כך תהפוך את התחבורה והופכת אותה הרבה יותר ידידותית לאקלים. התחבורה אחראית לכ- 27 אחוז מפליטת גזי החממה בארה"ב וכ- 14 אחוז מהפליטות בעולם. תשעים וחמישה אחוזים מרכבי הנוסעים בארה"ב פועלים על נפט. אם ניתן היה להחליף את המכוניות והמשאיות הללו ברכבים חשמליים, אם היה מפחית משמעותית את הזיהום גם אם החשמל ימשיך להגיע בעיקר מפחם, משרד האנרגיה מצא. הסיבה לכך היא שמנועי בעירה פנימית כל כך לא יעילים, מאבדים עד 80 אחוז מהאנרגיה בדלק שלהם לחימום, ואילו מנועים חשמליים מכניסים כמעט את כל האנרגיה שלהם להניע את הרכב.
סוללות יכולות למלא תפקיד בשינוי מקור החשמל שלנו גם על ידי אחסון אנרגיה המופקת ממקורות מתחדשים כמו רוח ושמש. מכיוון שהשירותים הגדילו את אחוז החשמל שהם מייצרים ממקורות אלה, העיקרון המנחה היה שתחנות כוח המופעלות על גז טבעי יהיו נחוצות כדי לעמוד בביקוש כאשר טורבינות רוח ותאים פוטו-וולטאיים אינם מייצרים. אם ניתן להעביר סוללה עודפת אנרגיה מתחדשת המיוצרת כאשר הדרישה נמוכה, לאחסן אותה ללא הפסד משמעותי ולהתרוקן במהירות כאשר הביקוש עולה - ואם המערכת הייתה זולה מספיק - היא הייתה מונעת את הצורך בשני המפעלים המתחדשים המתחדשים. מחליפים ומתקני הגז הטבעי הנחשבים חיוניים לליווי רוח ושמש.
"סוללות בעלות נפח גדול שיכולות להחליף אנרגיה בזמן יכול להיות מחליף המשחק", אומר פיטר רוטשטיין, נשיא מועצת אנרגיה נקייה בניו אינגלנד.
לסוללות המאחסנות אנרגיה לרשת יש דרישות שונות מאלו שנכנסות למכוניות, מכיוון שכלי רכב זקוקים לסוללות קומפקטיות יחסית שיכולות להעביר את האנרגיה שלהן באופן כמעט מיידי. כך שטכנולוגיות שאינן פועלות טוב להפעלת רכבים חשמליים יכולות להיות נהדרות באחסון חשמל לרשת.
סוללות ליתיום-אוויר, טכנולוגיה חדשה יחסית שעוררה התרגשות רבה, יכולות להיות בעלות צפיפות אנרגיה גבוהה יותר מאשר סוללות ליתיום קיימות, אך הן מספקות הרבה פחות מהכוח הדרוש להאצת רכב, אומר מילר של פורד. "אם אתה צריך 120 קילוואט יכולת כוח, עם ליתיום אוויר ייתכן שתצטרך 80 עד 100 קילוואט שעות של אנרגיה סוללה כדי לעמוד בדרישה הזו, " מסביר מילר. "זו סוללה מאוד מסורבלת וגדולה מאוד." זה לא היה עובד טוב במכונית - פורד פוקוס EV, לשם השוואה, משתמש במעט יותר ממאה קילוואט כוח עם סוללה של 23 קילוואט-שעה - אבל יתכן שהוא כשאתה יושב ליד חוות רוח.
סוללות זרימת ונדיום, פיתוח נוסף ומבטיח, גם הן בעלות צפיפות אנרגיה גבוהה, ויש להן זמן פריקה מהיר, מה שהופך אותם לאידיאליים לאחסון. זו האפליקציה שלשמה מקים אותם רון מקדונלד, מנכ"ל ונדיום אמריקאי. "יש המון אפשרויות אחסון טובות, אבל לכל אחת מהן יש בעיה", מכיר מקדונלד. "הנושא שלנו תמיד היה בעלות מקדימה, מכיוון שאנחנו יקרים יותר." סוללת זרימת ונדיום יכולה להימשך 20 שנה, "אז אנחנו מתחת לרוב האחרים אם אתה מסתכל על עלות לאורך חיי הסוללה, " הוא אומר.
אולם פיתוח הרשת המכונה "החכם" - שישתמש באלגוריתמים וטכנולוגיות תקשורת מתקדמות כדי להגיב במהירות כאספקת חשמל ודרישה וזרם צרכנים - ואחסון מבוזר הפך את הסוללות הצפופות לאנרגיה פחות נחוצות מ מומחים חשבו בעבר. עם עשרות אלפי סוללות קטנות במכוניות, רמזורים ובמקומות אחרים ברחבי העיר, כלי עזר חשמלי יכול באופן תיאורטי להפיל כוח מהמצברים הללו בזמנים של ביקוש רב, ולהחזיר את האנרגיה ללקוחות מספר שעות אחר כך.
כלי עזר עשויים גם לנסות לשנות מתי ואיך אנשים משתמשים באנרגיה על ידי טעינת תעריפים מופקעים לרכישת חשמל ברמה מסוימת בתקופות של ביקוש גבוה. לקוחות לא יתייאשו מהעמסת עומסים גבוהים על המערכת, כמו למשל על ידי הפעלת מכשירים גדולים או טעינה של מכוניתם החשמלית, באותם זמנים. בדומה לסוללות, פרקטיקות כאלה היו משטחות את עקומת צורכי ייצור החשמל המוטלות על השירות.
"תגובת הדרישה תמלא תפקיד חשוב לא פחות מאחסון", אומר רנדי האוורד, מנהל תכנון ופיתוח מערכות חשמל עבור מחלקת המים והחשמל בלוס אנג'לס.
עם זאת, הווארד היה רוצה לראות שמצבר מביא לכלי השירותים את סוג המקדמה שיצרני הנפט והגז רואים. "כולנו מקווים שבשלב מסוים תהיה זינוק טכנולוגי בסוללות, אך זה עדיין לא קרה", אומר האוורד. "אנו מחפשים את השברירות שלנו בעולם הסוללות."
